硒對油菜幼苗銅脅迫的緩解效應

崔雪梅， 李冰暉， 李春生， 郭海如

(湖北工程學院生命科學技術學院，湖北孝感 432000)

硒(Se)是植物生長發育過程中的有益元素[1]，也是生物所必需的營養元素，對人和動物的抗氧化系統起著關鍵作用。Se對植物生長發育的影響具有二重性，低濃度的Se能促進一些植物的萌發及幼苗生長，提高作物產量與品質，促進植物新陳代謝和提高植物對環境脅迫的抗性[2]；而過量的Se對植物的生長發育有毒害作用[3]。環境中的Se不足或過量都會通過食物鏈而影響人類的健康，所以，有關Se對植物的影響受到了普遍關注，但Se對不同植物表現出的生理學差異還有待深入研究。

銅(Cu)是植物生長發育所必需的一種微量元素，但植物正常生長所需要的Cu量很少，當過量Cu被植物吸收后，會對植物產生毒害作用，抑制植物的生長發育甚至使植物死亡。目前，農業生產活動中使用大量高銅殺菌劑、污水灌溉等多種原因導致土壤中Cu污染日益加劇[4]。

油菜是我國主要的油料作物，種植面積和產量均居世界首位[5]。油菜種植不僅能收獲菜籽生產食用油，還可以采摘菜薹作為蔬菜，而且其餅粕富含蛋白質，可作為動物飼料，是一種倍受青睞的作物[6]。要使油菜籽和菜薹的產量高、質量好，勢必要注意油菜的生長環境等諸多因素。目前，雖有探討硒、銅對油菜生長的影響方面的報道，但多集中在單獨一種元素對油菜生長的影響上。王波等在恒溫箱培養條件下研究了銅脅迫對油菜種子萌發期生理生化指標的影響，結果表明，低濃度的銅對油菜有促進作用，而高濃度的銅則產生了抑制作用[7]；張馳等應用土培與水培相結合的盆栽方式，研究了硒對油菜苗期生長和生理生化指標的影響，結果表明，硒能明顯影響油菜的生長發育[8-9]，適量的補硒處理具有明顯的增產效果[10]。而關于油菜對Se、Cu交互作用的生理響應機制還缺乏系統研究。本研究擬采用不同濃度的Se、Cu溶液處理盆栽油菜幼苗，處理結束后測定幼苗葉綠素、丙二醛(MDA)、硝態氮、可溶性糖、蛋白質等指標含量及過氧化物酶活性、淀粉酶活性，以揭示Se、Cu交互脅迫下油菜的生理響應規律，從而找出最佳的Se、Cu供應比例，為油菜品質的改善和產量的提高提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗方法

本試驗于2015年10月至2016年1月在湖北工程學院生命科學技術學院生科樓進行。先用1%次氯酸鈉溶液對油菜種子進行15 min的消毒處理，然后用無菌水沖洗5次，再用蒸餾水浸泡種子24 h，讓其充分吸水后挑選沉于水下方的籽粒飽滿的種子若干，將選好的種子均勻撒在鋪有2層濾紙的白色托盤內，用適量蒸餾水濕潤濾紙(水量以保持濾紙濕潤，但不宜流動即可)，將托盤放入MJX-250B-Z型恒溫箱進行催芽，溫度設置為25 ℃，其間每天向托盤中添加適量、等量蒸餾水，3 d后種子露白，再移入花盆中進行土培試驗。

取養分貧瘠的沙土，用篩子篩出沙土中較大的石礫等雜質。將土均勻地分到45個盆中，澆適量、等量蒸餾水保持土壤濕潤。

將發芽后的油菜種子移至花盆中，每盆10株，均勻分布。將花盆放在向陽通風處，每天澆2次等量Hoagland’s營養液[11]。待油菜幼苗長至4～5張葉片之后，將45盆油菜隨機分成3組，每組3個重復，進行Se、Cu脅迫處理。

1.2 試驗設計

Cu原液主要成分為CuSO4，濃度設置為0、25、75、100、200 mg/L，Se原液主要成分為Na2SeO3，濃度設置為0、12、22 mg/L。試驗具體設計見表1。

表1 試驗設計

1.3 指標測定方法

脅迫處理25 d后，取油菜樣品測定各項生理指標。主要指標測定方法[12-16]如表2所示。

表2 各指標測定方法

1.4 數據處理方法

采用Excel進行數據計算與處理，對數據進行無重復雙因素方差分析。

2 結果與分析

2.1 供硒對銅脅迫油菜中葉綠素含量的影響

葉綠素是植物進行光合作用的主要色素，是反映植物葉片光合作用能力的重要指標[17]。脅迫處理結束后，測定油菜葉片總葉綠素含量。由圖1可看出：(1)單獨噴施Cu溶液時，油菜幼苗總葉綠素含量隨著Cu濃度的增加先增加后降低。當Cu濃度達到75 mg/L時，總葉綠素含量達最高值，而Cu濃度過高(200 mg/L)時，則產生一定的抑制作用；同樣，單獨噴施Se時，當Se濃度為12 mg/L時，總葉綠素含量最高，而當Se濃度為22 mg/L時，總葉綠素含量低于對照。由此可知，低濃度Se、Cu對油菜合成葉綠素有促進作用，而高濃度Se、Cu則會產生抑制作用。(2)Se、Cu同時供應時，低濃度Cu(≤75 mg/L)、低濃度Se(12 mg/L)配施，油菜葉綠素含量均高于對照和高硒組。當Cu濃度超過100 mg/L時，高Se濃度(22 mg/L)組總葉綠素含量均高于對照和低Se組。說明適量的Se、Cu對葉綠素含量有促進作用，當環境中的Cu濃度高于100 mg/L時，噴施高濃度的Se對Cu脅迫有較好的緩解作用。

由表3可知：(1)以Se濃度為差異源時，F值>F臨界值，說明Se對油菜中總葉綠素含量的影響達到顯著水平；(2)以Cu濃度為差異源時，F值>F臨界值，說明Cu對油菜總葉綠素含量的影響也達到顯著水平；(3)差異源是Se、Cu的交互作用時，F值>F臨界值，說明Se和Cu的交互作用達到顯著水平，即Se和Cu在共同影響油菜總葉綠素含量方面有明顯的交互作用。

2.2 供硒對銅脅迫油菜中丙二醛濃度的影響

丙二醛是常用的膜脂過氧化指標，在植物衰老生理和抗性生理研究中，MDA濃度是一個常用指標，可以通過MDA了解膜脂過氧化的程度，以此判斷植物的膜系統受損程度及其抗逆性。脅迫處理結束后，測定油菜葉片中MDA濃度。由圖2可看出：(1)無論噴Se濃度為多少，MDA濃度均隨Cu濃度的增加而呈現先減少后增加的趨勢，都在Cu濃度為 100 mg/L 時達到最小值，說明低濃度的Cu可以減少MDA的產生，增強了植物的抗逆性。另外，當單獨供Se時，植物葉片中MDA濃度在Se濃度為12 mg/L時最低，說明低濃度的Se能增強植物的抗逆性。(2)當Cu濃度≤100 mg/L時，Se濃度為22 mg/L時葉片中MDA濃度低于對照組、低Se組，說明當環境中Cu濃度較低時，高濃度Se對油菜的Cu脅迫緩解效果較好。(3)而當Cu濃度為200 mg/L時，則表現為12 mg/L 濃度Se的緩解效果更佳，說明低濃度Se對高濃度的Cu脅迫緩解效果更佳。

表3 總葉綠素含量變化方差分析結果

注：α=0.05；SS為方差，df為自由度，MS為均方。下表同。

由表4可知：(1)以Se濃度為差異源時，F值>F臨界值，說明Se對油菜中MDA濃度的影響達到顯著水平；(2)以Cu濃度為差異源時，F值>F臨界值，說明噴Cu對油菜MDA濃度的影響也達到顯著水平；(3)當差異源是Se、Cu交互作用時，F值>F臨界值，說明Se和Cu的交互作用達到顯著水平，即Se、Cu在對油菜MDA濃度影響方面有明顯的交互作用。

表4 丙二醛濃度變化方差分析結果

2.3 供硒對銅脅迫油菜中蛋白質含量的影響

脅迫處理結束后，測定油菜葉片中蛋白質的含量。由圖3可知：(1)當單獨供Cu時，油菜中蛋白質含量隨Cu濃度的升高而呈現先增加后減少的趨勢，當Cu濃度為75 mg/L時達到最大值，說明低濃度的Cu對油菜合成蛋白質有一定的促進作用，當Cu濃度為200 mg/L時，蛋白質含量明顯低于對照組，表明高濃度的Cu產生抑制作用。(2)無論是單獨供Se還是Se、Cu同時供應，都表現為低濃度Se(12 mg/L)條件下蛋白質含量最高，說明低濃度Se(12 mg/L)對Cu脅迫油菜有一定的促進作用，這種促進作用在Cu濃度為25 mg/L時達到最佳效果。當銅濃度為200 mg/L時，供Se都在一定程度上緩解了高濃度銅的脅迫。

對蛋白質含量進行雙因素方差分析，由表5可知：(1)以Se濃度為差異源時，F值

表5 蛋白質含量方差分析結果

2.4 供硒對銅脅迫油菜中POD活性的影響

植物體中含有大量過氧化物酶，這是活性較高的一種酶，它與呼吸作用、光合作用及生長素的氧化等都有關系。脅迫處理結束后，測定油菜葉片中的POD活性。由圖4可看出：(1)在Se濃度為0和高Se濃度(22 mg/L)處理下，隨著Cu濃度的增加，油菜中POD活性逐漸降低；(2)在低Se濃度(12 mg/L)處理下，油菜中POD活性隨Cu濃度增加呈現先降低后升高再降低的趨勢。結果說明，適量Se對Cu脅迫下油菜的POD活性抑制有一定的緩解作用。

對蛋白質含量進行雙因素方差分析，由表6可知：(1)以Se濃度為差異源時，F值F臨界值，說明噴Cu對油菜POD活性的影響達到了顯著水平；(3)當差異源是Se、Cu交互作用時，F值>F臨界值，說明Se和Cu共同影響油菜POD活性的交互作用較為明顯。由此可見，Se對POD活性影響較小，而Cu對POD活性的影響較顯著。

表6 油菜POD活性方差分析結果

2.5 供硒對銅脅迫油菜中硝態氮含量的影響

測定植物體內的硝態氮含量，能反映植物的氮素營養狀況，還可為鑒定蔬菜及其加工品的品質提供依據。脅迫處理結束后，測定油菜葉片中硝態氮的含量。由圖5可看出：(1)不供Se時，油菜中硝態氮含量隨Cu濃度的增加而逐漸升高，當Cu濃度≤75 mg/L時，硝態氮含量變化不明顯，當Cu濃度>100 mg/L 時，硝態氮含量開始急劇增加。說明低濃度Cu對油菜硝態氮含量影響較小，高濃度Cu會促進油菜硝態氮的累積。(2)在Se、Cu同時供應的條件下，硝態氮含量均在一定范圍內先增加后降低，在Se濃度為12 mg/L、Cu濃度為100 mg/L組合下，硝態氮含量最低。當Cu濃度為 200 mg/L 時，低濃度Se組和高濃度Se組油菜的硝態氮含量都明顯低于對照，說明Se能明顯緩解高濃度Cu脅迫下的硝態氮含量的升高。

對硝態氮含量進行雙因素方差分析，由表7可知：(1)以Se濃度為差異源時，F值>F臨界值， 說明Se對油菜中硝態氮含量的影響沒有達到顯著水平；(2)以Cu濃度為差異源時，F值>F臨界值，說明Cu對油菜硝態氮含量的影響達到了顯著水平；(3)當差異源是Se、Cu交互作用時，F值>F臨界值，說明Se和Cu的交互作用達到顯著水平，即Se和Cu在共同影響油菜硝態氮含量方面的交互作用非常明顯。

2.6 供硒對銅脅迫油菜中淀粉酶活性的影響

植物的能量來源主要是淀粉， 所以需要淀粉酶來分解淀粉獲得能量，以提供組織生長需要以及完成各種生理活動。淀粉酶活性的高低常作為植物抗逆性的生化指標。脅迫處理結束后，測定油菜幼苗中淀粉酶的活性。由圖6可看出：(1)當單獨供Se時，油菜淀粉酶活性隨著Se濃度的增加而增加，

表7 硝態氮含量方差分析結果

說明Se對油菜淀粉酶活性有促進作用；(2)單獨供Cu時，隨著Cu濃度的增加，淀粉酶活性先增加后降低，在Cu濃度為75 mg/L時達到最高值，此后雖然有降低，但仍高于對照組，說明在此濃度范圍內，Cu對油菜淀粉酶活性均有促進作用，且低濃度Cu的促進效果更明顯；(3)當Se、Cu同時供應時，表現為高濃度Se(22 mg/L)與低濃度Cu(75 mg/L)組合下的淀粉酶活性最高。由結果可知，低濃度Se對高濃度Cu脅迫下的淀粉酶活性有一定的緩解作用。

對淀粉酶活性進行雙因素方差分析，由表8可知：(1)以Se濃度為差異源時，F值F臨界值，說明Cu對油菜淀粉酶活性的影響達到了顯著水平；(3)當差異源是Se、Cu交互作用時，F值>F臨界值，說明Se和Cu的交互作用達到顯著水平，即Se和Cu在共同影響油菜淀粉酶活性方面的交互作用比較明顯。

表8 淀粉酶活性方差分析結果

2.7 供硒對銅脅迫油菜中可溶性糖含量的影響

糖類作為呼吸基質，為作物的各種合成過程和各種生命活動提供了所需的能量。測定蔬菜作物中可溶性糖含量，可以了解和鑒定作物品質的高低。脅迫處理結束后，測定油菜葉片中可溶性糖含量，由圖7可以看出：(1)單獨供Cu時，油菜可溶性糖含量隨Cu濃度增加呈現先降后升再降的變化趨勢。在Cu濃度為100 mg/L時達到最大值，Cu濃度為 200 mg/L 時，可溶性糖含量明顯低于對照，說明低濃度的Cu對油菜有促進作用，高濃度則產生抑制。(2)單獨供Se時，油菜可溶性糖含量呈下降趨勢。Se、Cu同時供應時，低濃度Se(12 mg/L)與低濃度Cu(75 mg/L)會提高可溶性糖含量，隨著Cu濃度的增加，則表現為高濃度Se(22 mg/L)與高濃度Cu組合會提高可溶性糖的含量。結果表明，低濃度Se與低濃度Cu對油菜可溶性糖含量有促進作用，而高濃度Se能有效緩解高濃度的Cu脅迫。

對可溶性糖含量進行雙因素方差分析，由表9可知：(1)以Se濃度為差異源時，F值

表9 可溶性糖含量方差分析

3 結論與討論

本研究對盆栽油菜進行不同濃度Se、Cu單施和配施試驗，分析幼苗葉綠素、丙二醛、硝態氮、可溶性糖、蛋白質等指標的含量及過氧化物酶活性、淀粉酶活性的變化規律。結果表明：(1)單獨噴施Cu溶液時，油菜葉綠素、蛋白質含量及淀粉酶活性均在Cu濃度為75 mg/L時達最高值，此后逐漸降低；而可溶性糖含量在銅濃度為100 mg/L時達最高值，當Cu濃度為200 mg/L時，大部分指標表現為受抑制。另外，Se對POD活性影響較小，而Cu對POD活性的影響較明顯。王波等研究銅溶液對幾種油菜種子萌發期的影響時也得出，低濃度銅對萌發期可溶性糖含量及淀粉酶活性有促進作用，高濃度銅溶液抑制種子的萌發[9]。(2)單獨噴施Se溶液時，油菜葉綠素、MDA、蛋白質含量均在硒濃度為12 mg/L時效果最佳，其余部分指標表現為Se濃度為22 mg/L時效果最佳，與對照相比，供Se組各項指標都較好。劉新偉等在水培環境下研究硒對油菜生長的影響時也得出，少量供硒對油菜的生長有促進作用[18-19]。(3)Se、Cu同時供應時，低濃度Se(12 mg/L)與低濃度Cu(75 mg/L)的組合，高濃度Se(22 mg/L)與高濃度Cu(>100 mg/L)的組合對油菜生理指標的綜合影響較好。說明低濃度的Se、Cu配施，對油菜各項生理指標均有促進作用，而當環境中的Cu濃度超過 100 mg/L 時，表現為較高濃度的Se能有效緩解Cu對油菜的脅迫作用。

綜上所述，對各項指標進行雙因素方差分析表明，單獨噴Se溶液，對油菜中總葉綠素和MDA含量的影響達到顯著水平，而對其他5項指標的影響均未達顯著水平；單獨噴Cu溶液時，Cu對油菜總葉綠素含量、MDA濃度、POD活性、硝態氮含量、淀粉酶活性影響均達顯著水平，僅對可溶性糖、蛋白質含量的影響為不顯著；同時噴施Se、Cu溶液時，對大部分指標影響均達顯著水平。說明硒Se對Cu脅迫有較好的緩解作用。

目前，還沒有關于硒、銅交互脅迫下油菜的生理響應研究。但已有文獻報道了低濃度的硒可以緩解西葫蘆鉛脅迫的毒害，高濃度的硒與鉛脅迫存在協同互作而使西葫蘆毒害程度加重[1]。本試驗在盆栽環境下研究了硒、銅交互作用下油菜的蛋白質含量等生理指標、酶活性的變化規律，確定了最佳的硒、銅配施比例，這不僅對提高糧油產量和品質具有重要意義，也為農業生產實踐提供了重要的科學依據。

[1]王彩霞，呂有軍. 硒對鉛脅迫下西葫蘆幼苗膜系統和抗氧化酶的影響[J]. 種子，2015，34(8)：14-17.

[2]彭 玲，賈 芬，田小平，等. 硒對油菜根尖鎘脅迫的緩解作用[J]. 環境科學學報，2015，35(8)：2597-2604.

[3]張美德，艾倫強，何銀生，等. 硒對鎘脅迫下白術抗氧化能力的影響[J]. 南方農業學報，2014，45(7)：1211-1214.

[4]朱 健，張志紅，范菲菲，等. 銅脅迫對海菜花幼苗生理特征的影響[J]. 江蘇農業學報，2015，31(4)：883-886.

[5]崔雪梅，郭海如，方 嬙，等. 基于主成分分析的油菜鹽害生理反應規律[J]. 江蘇農業科學，2016，44(2)：105-108.

[6]劉鳳蘭，楊經澤，李光明，等. 雙低甘藍型油菜菜薹、菜子兼用高效技術研究[J]. 湖北農業科學，2005(2)：35-36，43.

[7]王 波，陳 辰，張 磊. 銅脅迫對油菜種子萌發期生理生化指標的影響[J]. 中國農學通報，2009，25(4)：137-139.

[8]張 馳，劉信平，周大寨，等. 油菜苗期對硒的生物富集作用動態研究[J]. 江蘇農業科學，2007(4)：21-25.

[9]張 馳，吳永堯，彭振坤，等. 油菜苗期對硒的生物富集分布[J]. 河南農業科學，2005(9)：29-32.

[10]張 馳，周大寨，吳永堯，等. 硒對油菜苗期生長和生理生化指標的影響[J]. 湖北農業科學，2007，46(3)：363-365.

[11]高曉旭，張志剛，段 穎，等. 高濃度營養液對黃瓜和番茄下胚軸徒長的抑制作用[J]. 植物營養與肥料學報，2014，20(5)：1234-1242.

[12]李合生. 植物生理生化實驗原理和技術[M]. 北京：高等教育出版社，2000：89-90.

[13]趙世杰，許長成，鄒 琦，等. 植物組織中丙二醛測定方法的改進[J]. 植物生理學通訊，1994，30(3)：207-210.

[14]鄒 琦. 植物生理學實驗指導[M]. 北京：中國農業出版社，2000：223-224.

[15]張志良. 植物生理學實驗指導[M]. 北京：高等教育出版社，2012：121-123.

[16]武 晶，杜新民. 硒對西葫蘆幼苗根系生長及保護酶活性的影響[J]. 黑龍江農業科學，2014(11)：88-90.

[17]史典義，劉忠香，金危危. 植物葉綠素合成、分解代謝及信號調控[J]. 遺傳，2009，31(7)：698-704.

[18]劉新偉，王巧蘭，段碧輝，等. 亞硒酸鹽對油菜幼苗硒吸收、根系形態及生理指標的影響[J]. 應用生態學報，2015，26(7)：2050-2056.

[19]楊文秀，王 萍，楊曉宇，等. 葉面施硒對油菜產量及品質的影響[J]. 內蒙古農業大學學報(自然科學版)，2010，31(3)：88-90.